JP5542162B2 - Metal mask and method for manufacturing solar cell - Google Patents
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Description
本発明は、メタルマスクおよび太陽電池の製造方法に関する。 The present invention relates to a metal mask and a method for manufacturing a solar cell.
従来、表面に凹凸を有する基板に対して十分なペースト量が供給可能な印刷用マスクとしては、フォトリソグラフ法により開口寸法が異なるメタルマスク原板を作製し、前記メタルマスク原板にエッチング法でプリント配線基板やモジュール基板に追従する凸部を形成した印刷用メタルマスクが提案されている(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, as a mask for printing that can supply a sufficient amount of paste to a substrate with uneven surfaces, a metal mask original plate with different opening dimensions is produced by a photolithographic method, and printed wiring is formed on the metal mask original plate by an etching method. There has been proposed a metal mask for printing in which a convex portion that follows a substrate or a module substrate is formed (for example, see Patent Document 1).
表面に凹凸を有する基板として、例えば太陽電池素子がある。太陽電池素子は、例えば厚さ200μm程度のシリコン基板において、光の集光率を高めるために表側(受光面側)に10μm程度の凹凸構造を持つ。また、表面に反射防止膜である窒化シリコン膜が成膜されている。窒化シリコン膜上には、光−電子変換された電子を集める表面電極が形成されている。またシリコン基板の裏面には、裏面電極および外部電極とコンタクトを取る裏面接続用電極が形成されている。 As a substrate having irregularities on the surface, for example, there is a solar cell element. The solar cell element has, for example, a concavo-convex structure of about 10 μm on the front side (light-receiving surface side) in order to increase the light collection rate in a silicon substrate having a thickness of about 200 μm. Further, a silicon nitride film which is an antireflection film is formed on the surface. On the silicon nitride film, a surface electrode that collects photo-electron converted electrons is formed. On the back surface of the silicon substrate, a back surface connection electrode is formed which contacts the back surface electrode and the external electrode.
一般に、表面電極の形成は、所望のパターンの透過部を有するスクリーンマスクを用いたスクリーン印刷法によりペースト状材料をシリコン基板の所定の場所に印刷し、焼成炉で高温処理することで形成される。 In general, the surface electrode is formed by printing a paste-like material on a predetermined position of a silicon substrate by a screen printing method using a screen mask having a transmissive portion of a desired pattern, and performing high-temperature processing in a baking furnace. .
電極形成方法としては、現在、安価に製作できる方法としてスクリーン印刷法が主流である。例えば、表面電極としてのグリッド電極(幅の細い電極)の形成にはメッシュの無い金属板に所定のパターンの開口を開けたメタルマスクを用い、グリッド電極と直交する表面電極としてのバス電極(幅の太い電極)の形成にはスクリーンマスクを用いて、重ね(多層)印刷することで受光面側の電極を形成する方法がある(例えば、特許文献2参照)。 As an electrode forming method, a screen printing method is currently mainstream as a method that can be manufactured at low cost. For example, a grid electrode (narrow electrode) as a surface electrode is formed using a metal mask having a predetermined pattern in a metal plate without a mesh, and a bus electrode (width) as a surface electrode orthogonal to the grid electrode. There is a method of forming an electrode on the light-receiving surface side by overlapping (multilayer) printing using a screen mask (for example, see Patent Document 2).
スクリーンマスクを用いた先行事例としては、グリッド電極の形状をバス電極から離れるほど細くする形状にすることで、電流の集電率を低下させることなく受光面積を増加させる方法も示されている(例えば、特許文献3参照)。 As a previous example using a screen mask, a method of increasing the light receiving area without decreasing the current collection rate by making the shape of the grid electrode thinner with increasing distance from the bus electrode is also shown ( For example, see Patent Document 3).
しかしながら、メタルマスクとスクリーンマスクを用いて、重ね(多層)印刷する方法では、工数が増加し、生産タクトが低下する問題があった。さらに、断線や印刷カスレの無い細幅のグリッド電極を実現するためには、重ね印刷する際に異なる印刷マスクを使うことで、印刷マスク管理項目(特に配線間ピッチ変動)が増える点、さらに高い重ね合わせ精度に関わる問題があった。グリッド電極幅が細くなるほど、高い重ね合わせ精度が要求され位置ずれのリスクが高まる。その結果、グリッド電極幅が拡がってしまい、電極形成工程での歩留まりを低下させる問題があった。 However, in the method of overlapping (multi-layer) printing using a metal mask and a screen mask, there are problems that man-hours increase and production tact decreases. Furthermore, in order to realize a narrow grid electrode without disconnection or printing blur, the use of different print masks for overprinting increases the number of print mask management items (especially pitch variation between wirings), which is even higher. There was a problem related to overlay accuracy. As the grid electrode width becomes narrower, higher overlay accuracy is required and the risk of displacement increases. As a result, there is a problem that the grid electrode width is widened and the yield in the electrode forming process is lowered.
そこで、工数の削減や歩留まりの向上を図るために、例えばバス電極とグリッド電極を一括してメタルマスクで形成するとともに、オフコンタクト印刷方式(マスクと基板との間に所定の間隔を設けて印刷する方式)を採用することが考えられる。 Therefore, in order to reduce man-hours and improve yield, for example, bus electrodes and grid electrodes are collectively formed with a metal mask, and an off-contact printing method (printing with a predetermined interval between the mask and the substrate) is performed. It is conceivable to adopt a method of
この場合、メタルマスクにはバス電極用の開口とグリッド電極用の開口が形成されることとなる。そうすると、印刷時に加えられる力によってバス電極とグリッド電極との接続部の変形が問題になりやすい。特に、オフコンタクト印刷方式で印刷する場合に印刷繰り返し時に加えられる変形と引張力によって、引張方向に沿った最外両端部に形成されたグリッド電極とバス電極との接続部で、メタルマスク自体が破損しやすいという問題があった。 In this case, an opening for a bus electrode and an opening for a grid electrode are formed in the metal mask. If it does so, the deformation | transformation of the connection part of a bus electrode and a grid electrode will become a problem easily with the force applied at the time of printing. In particular, when printing with the off-contact printing method, the metal mask itself is connected at the connection between the grid electrode and the bus electrode formed at the outermost ends along the tensile direction due to deformation and tensile force applied during repeated printing. There was a problem of being easily damaged.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、オフコンタクト印刷方式によるスクリーン印刷を繰り返しても、破損しにくいメタルマスクを得ることを目的としている。 The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to obtain a metal mask that is not easily damaged even when screen printing by an off-contact printing method is repeated.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、板状の形状を呈するとともに第1面側が凸となるように第1面の裏面である第2面側から押圧力が加えられることで第1の方向に沿った引張力が加えられる板状部と、第1の方向に沿って延びるように板状部の第1面側に形成されるとともに、板状部の第1の方向に沿った端部に至らないように形成された溝と、溝の底面に形成されて第1面の裏面側である第2面側に貫通する複数の第1開口と、溝につながるように形成されて、第1の方向と垂直な第2の方向に沿って延びるとともに板状部を貫通する第2開口と、板状部の第1面側のうち、溝および第2開口が形成された領域よりも第1の方向に沿って端部側となる領域であって、第1の方向に沿った溝の延長線上と重ならない領域に形成された第3開口と、を備え、第3開口は、第2の方向に沿って延びるように形成され、溝の溝幅よりも第1の方向に沿った第2開口の幅のほうが小さいことを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, the present invention applies a pressing force from the second surface side, which is the back surface of the first surface, so as to exhibit a plate-like shape and the first surface side is convex. And is formed on the first surface side of the plate-like portion so as to extend along the first direction, and the first of the plate-like portion. A groove formed so as not to reach the end portion along the direction of the groove, a plurality of first openings formed on the bottom surface of the groove and penetrating to the second surface side which is the back surface side of the first surface, and connected to the groove The second opening that extends along the second direction perpendicular to the first direction and penetrates the plate-like portion, and the groove and the second opening of the first surface side of the plate-like portion are formed as described above. It is a region that is closer to the end portion along the first direction than the formed region, and does not overlap with the extension line of the groove along the first direction. A third opening formed in the region, wherein the third opening is formed to extend along the second direction, and has a width of the second opening along the first direction rather than the groove width of the groove. It is characterized by being smaller.
本発明によれば、最外両端部に形成されたバス電極とグリッド電極との接続部での変形を抑えることで、メタルマスクが破損するのを抑えることができるという効果を奏する。また、幅の異なる電極を1回の印刷で同時に形成できるので、重ね印刷を行う場合に比べて高速印刷が可能になるとともに、位置ずれの少ない安定した形状で表面電極を形成できるという効果を奏する。 According to the present invention, there is an effect that the metal mask can be prevented from being damaged by suppressing the deformation at the connection portion between the bus electrode and the grid electrode formed at the outermost both ends. In addition, since electrodes having different widths can be simultaneously formed by one printing, it is possible to perform high-speed printing as compared with the case of performing overprinting, and it is possible to form a surface electrode with a stable shape with little positional deviation. .
以下に、本発明の実施の形態にかかるメタルマスクおよび太陽電池の製造方法を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、以下に示す図面においては、理解の容易のため、各部材の縮尺が実際とは異なる場合がある。各図面間においても同様である。また、図面を見易くするために、平面図であってもハッチングを付す場合があり、断面図であってもハッチングを省略する場合がある。 Below, the manufacturing method of the metal mask and solar cell concerning embodiment of this invention is demonstrated in detail based on drawing. Note that the present invention is not limited to the embodiments. In the drawings shown below, the scale of each member may be different from the actual scale for easy understanding. The same applies between the drawings. Further, in order to make the drawing easy to see, hatching may be given even in a plan view, and hatching may be omitted even in a cross-sectional view.
実施の形態1.
まず、本発明の実施の形態1にかかるメタルマスクを用いて製造される太陽電池の概略構成について説明する。図1−1は、太陽電池の概略構成を示す断面図である。図1−2は、太陽電池の概略構成を示す平面図である。
First, a schematic configuration of a solar cell manufactured using the metal mask according to the first embodiment of the present invention will be described. FIG. 1-1 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of a solar cell. FIG. 1-2 is a plan view illustrating a schematic configuration of a solar cell.
太陽電池50は、基板表層に第2導電型の不純物元素を拡散した不純物拡散層であるN層21aを有する第1導電型の半導体基板であるP型の半導体基板21と、半導体基板21の受光面25側の面(表面)に形成された反射防止膜22と、半導体基板21の受光面25側の面に形成された表面電極23と、半導体基板21の受光面と反対側の面(裏面)に形成された裏面電極24と、を備える。なお、N型の半導体基板にP層を備える構成としてもよい。
The
また、表面電極23としては、グリッド電極23aおよびバス電極23bを含み、図1−1においてはグリッド電極23aの長手方向に垂直な断面における断面図を示している。そして、半導体基板21には、基板表面にテクスチャー構造を形成した基板を使用して、太陽電池を構成している。
Moreover, as the
次に、太陽電池50を製造するための工程を説明する。なお、ここで説明する工程は、一般的な多結晶シリコン基板を用いた太陽電池の製造工程と同様であるため、特に図示しない。
Next, the process for manufacturing the
まず、半導体基板21として例えば数百μm厚のp型多結晶シリコン基板を用意し、基板洗浄を行う。そして、p型多結晶シリコン基板をフッ酸などの酸または加熱したアルカリ溶液中に浸漬して表面をエッチングすることにより、シリコン基板の切り出し時に発生してp型多結晶シリコン基板の表面近くに存在するダメージ領域を取り除く。その後、純水で洗浄する。
First, a p-type polycrystalline silicon substrate having a thickness of, for example, several hundred μm is prepared as the
ダメージ除去に続いて、例えば水酸化ナトリウムとイソプロピルアルコール(IPA)との混合溶液にp型多結晶シリコン基板を浸漬して該p型多結晶シリコン基板の異方性エッチングを行ない、p型多結晶シリコン基板の受光面側の表面に例えば10μm程度の深さで微小凹凸を形成してテクスチャー構造を形成する。このようなテクスチャー構造をp型多結晶シリコン基板の受光面側に設けることで、太陽電池の表面側で光の多重反射を生じさせ、太陽電池に入射する光を効率的に半導体基板21の内部に吸収させることができ、実効的に反射率を低減して変換効率を向上させることができる。
Following the removal of the damage, for example, the p-type polycrystalline silicon substrate is immersed in a mixed solution of sodium hydroxide and isopropyl alcohol (IPA), and anisotropic etching is performed on the p-type polycrystalline silicon substrate. A texture structure is formed by forming minute irregularities on the surface of the silicon substrate on the light receiving surface side, for example, with a depth of about 10 μm. By providing such a texture structure on the light-receiving surface side of the p-type polycrystalline silicon substrate, multiple reflection of light is caused on the surface side of the solar cell, and light incident on the solar cell is efficiently transmitted to the inside of the
つぎに、テクスチャー構造を形成したp型多結晶シリコン基板を熱酸化炉へ投入し、オキシ塩化リン(POCl3)蒸気の存在下で加熱してp型多結晶シリコン基板の表面にリンガラスを形成することでp型多結晶シリコン基板中にリンを拡散させ、p型多結晶シリコン基板の表層にN層21aを形成する。これにより、基板表層にN層21aを有する半導体基板21が得られる。
Next, the p-type polycrystalline silicon substrate having a textured structure is put into a thermal oxidation furnace and heated in the presence of phosphorus oxychloride (POCl 3 ) vapor to form phosphorus glass on the surface of the p-type polycrystalline silicon substrate. As a result, phosphorus is diffused into the p-type polycrystalline silicon substrate, and an
次に、フッ酸溶液中で半導体基板21のリンガラス層を除去した後、反射防止膜22としてプラズマCVD法によりSiN膜をN層21a上に表面電極23の形成領域を除いて形成する。反射防止膜の膜厚および屈折率は、光反射を最も抑制する値に設定する。なお、屈折率の異なる2層以上の膜を積層してもよい。また、反射防止膜22は、スパッタリング法など、異なる成膜方法により形成しても良い。
Next, after removing the phosphor glass layer of the
次に、半導体基板21の受光面25に、銀が混入されたペースト材料(電極材料)を櫛形にスクリーン印刷にて印刷し、半導体基板21の裏面にアルミニウムの混入したペーストを全面にスクリーン印刷にて印刷した後、焼成処理を実施して表面電極23と裏面電極24とを形成する。以上のようにして、図1−1および図1−2に示す太陽電池50が作製される。
Next, a paste material (electrode material) mixed with silver is printed on the
図2は、本発明の実施の形態1にかかるメタルマスクの平面図である。図3は、図2に示すA−A線に沿った矢視断面図である。図4は、図2に示すB−B線に沿った矢視断面図である。図5は、図2に示すC−C線に沿った矢視断面図である。図2では、メタルマスク10を表面(第1面)11a側から見た図となっている。メタルマスク10は、上述した太陽電池50の製造工程において、受光面25に表面電極23を形成する際のスクリーン印刷に用いられるマスクである。
FIG. 2 is a plan view of the metal mask according to the first embodiment of the present invention. 3 is a cross-sectional view taken along line AA shown in FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line BB shown in FIG. FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line CC shown in FIG. In FIG. 2, the
図6は、図2に示すメタルマスク10を用いたスクリーン印刷を説明するための概略図である。表面電極23の形成において、メタルマスク10は、両端が版枠4に保持された状態で、被印刷物である半導体基板21の受光面25に板状部11の表面11aが対向するように配置される。そして、板状部11の裏面11b側からスキージゴム1でペースト材料が押し込まれることで、メタルマスク10(板状部11)を貫通するように形成された貫通部を透過してペースト材料が所定の位置に印刷される。
FIG. 6 is a schematic view for explaining screen printing using the
本実施の形態では、メタルマスク10と被印刷物との間に所定の間隔(例えば、1.5mm〜2mmの間隔)が設けられた状態でスクリーン印刷が行われるオフコンタクト印刷を例示している。スクリーン印刷時には、スキージゴム1がメタルマスク10の裏面11b側に押し付けられるので、板状部11の裏面11b側から押圧力が加えられて、板状部11は表面11a側が凸となるように変形する。また、それに伴ってメタルマスク10には、矢印Xに示す方向に引張力が加わる。オフコンタクト印刷を行うことで、引張力が加わる方向(以下、第1の方向ともいう)に沿った両端部で、メタルマスク10が変形しやすくなる。
In the present embodiment, an example of off-contact printing in which screen printing is performed in a state where a predetermined interval (for example, an interval of 1.5 mm to 2 mm) is provided between the
メタルマスク10は板状の形状を呈する板状部11を備えている。板状部11には、グリッド電極23aを形成するための溝30および第1開口31と、バス電極23bを形成するため第2開口32と、スクリーン印刷時に加わる引張力によるメタルマスク10の破損を抑制するためのダミー開口(第3開口)33が形成されている。
The
溝30は、第1の方向(矢印Xに示す方向,図2も参照)に沿って延びるように表面11aに形成される。また、溝30は、板状部11の端部のうち版枠4に保持される端部、すなわち第1の方向に沿った端部に至らない長さで形成されている。また、溝30は、バス電極23bの平面形状と略同じ平面形状で形成される。第1開口31は、溝30の底面に複数形成される。第1開口31は、図3、4に示すように、溝30の底面から板状部11の裏面11bに貫通するように形成される。したがって、スクリーン印刷時には、板状部11の裏面11bから押し込まれたペースト材料が、第1開口31を通って溝30に侵入し、溝30を通って表面11a側に押出される。そして、溝30の平面形状に倣ったバス電極23bが半導体基板21の受光面25に印刷される。
The
第2開口32は、図2に示すように、第1の方向と垂直な第2の方向(矢印Yに示す方向,図2も参照)に沿って延びるように形成される。第2開口32は、グリッド電極23aの平面形状と略同じ形面形状で形成される。第2開口32は、図4に示すように、溝30とつながるように形成され、板状部11の表面11aから裏面11bに貫通するオープン開口になっている。したがって、スクリーン印刷時には、板状部11の裏面11bから押し込まれたペースト材料が、第2開口32を通って表面11a側に押出される。そして、第2開口の平面形状に倣ったグリッド電極23aが半導体基板21の受光面25に印刷される。
As shown in FIG. 2, the
なお、第2開口32のうち、第1の方向に沿った最も端部寄りに形成された第2開口32(図2に示す最端開口32a)よりもさらに端部寄りにも溝30と第1開口31(図2に示す最端開口31a)が形成されている。
Of the
板状部11のうち、溝30、第1開口31、第2開口32が形成される領域、すなわち、グリッド電極23aとバス電極23bを印刷するための領域(印刷領域P)よりも、第1の方向に沿った板状部11の端部側となる領域(ダミー領域Q)には、ダミー開口(第3開口)33が形成される。ダミー開口33は、板状部11の表面11aから裏面11bに貫通する複数の貫通孔33a〜33cで構成されている。
Of the plate-
貫通孔33a〜33cは、第2の方向に沿って並べられており、ダミー開口33は全体として第2の方向に沿って延びるように形成されている。例えば図2では、貫通孔33a〜33cの幅が60μmであり、貫通孔33a〜33cは第2の方向に40μm幅で並べることが想定されている。また、貫通孔33a〜33c同士に挟まれた領域(架橋パターン34)は、板状部11の他の領域の厚さよりも薄くされており、例えば図2では、メタルマスク10の厚さが70μmである場合、架橋パターン34の厚さを40μmとすることが想定されている。また、架橋パターン34同士は、200μmピッチで設けられることが想定されている。また、ダミー開口33は、溝30の延長線と重ならない領域、すなわち図2で二点鎖線に挟まれた領域から外れた領域に形成される。
The through
図7は、図2に示すメタルマスク10をスクリーン印刷に用いた場合の印刷結果を示す図である。メタルマスク10用いてスクリーン印刷を行うと、図7に示すような印刷結果となる。印刷されたペースト材料のうち、ダミー開口33を通過して印刷されたペースト材料51は、グリッド電極23aやバス電極23bとして利用できないため、不要な印刷結果となる。そこで、図6に示すように、半導体基板21の受光面25とメタルマスク10のダミー領域Qとの間にフィルム(ダミーフィルム52)を挿入してから、スクリーン印刷を行う。ダミー開口33を通過したペースト材料はダミーフィルム52上に印刷されるため、スクリーン印刷の終了後にダミーフィルム52を除去すれば、半導体基板21の受光面25から不要なペースト材料を簡単に除去できる。
FIG. 7 is a diagram showing a printing result when the
図8は、図1に示すメタルマスク10を用いて表面電極23をスクリーン印刷する方法を示すフローチャートである。まず、メタルマスク10を、その表面11aが半導体基板21の受光面25に、所定の間隔を設けて対向するように配置する(ステップS1)(図6も参照)。次に、ダミー領域Qと受光面25との間にダミーフィルム52を配置する(ステップS2)。なお、ダミーフィルム52は、少なくともダミー開口33と受光面25との間に配置されていればよい。
FIG. 8 is a flowchart showing a method for screen printing the
次に、メタルマスク10の裏面11b側にスキージゴム1を用いてペースト状の電極材料を押し付ける(ステップS3)。これにより、溝30、第1開口31、第2開口32およびダミー開口33を通して受光面25にペースト状の電極材料が供給される。そして、ダミーフィルム52を除去することで(ステップS4)、受光面25に表面電極23が形成される。このスクリーン印刷の工程は、太陽電池50の製造工程に組み入れられる。
Next, a paste-like electrode material is pressed against the
次に、比較例としてのメタルマスク100について説明する。図9は、比較例として示すメタルマスク100の平面図である。図9に示すように、メタルマスク100にはダミー開口33(図2も参照)が形成されていない。また、第2開口32のうち、第1の方向に沿った最も端部寄りに形成された第2開口32(図2に示す最端開口32a)よりもさらに端部寄りには、第1開口31が形成されていない。
Next, a
上述したように、オフコンタクト印刷を行うことで、メタルマスクにはその端部が変形する。特にその変形は、第1の方向に沿った最外端に形成された第2開口32と溝30との接続部分に集中しやすい。そのため、印刷工程を繰り返すと、メタルマスク100のうち変形の影響を最も受けやすい最外端の開口位置でメタルマスク100が破損しやすくなる。
As described above, the end portion of the metal mask is deformed by performing the off-contact printing. In particular, the deformation tends to concentrate on the connection portion between the
図10は、図9に示すメタルマスク100の破損例を示す平面図である。図10に示すように、最外端に形成された第2開口32が溝30につながる部分で破断が生じやすい。例えば、第1開口31の径が100μm、第1開口31同士の距離が40μmである。
FIG. 10 is a plan view showing an example of breakage of the
メタルマスク100の最外端の第2開口32が溝30につながる部分で破断が生じることで、最外端の第2開口32の幅が広がってしまう。また、最外端の第2開口32の幅が広がることで、それに隣接する第2開口32の幅が狭められてしまう。
When the
このように破断が生じたメタルマスク100を用いてオフコンタクト印刷を行うと、幅が狭められた第2開口32で十分なペースト材料が通過できず、グリッド電極23a(図2も参照)に断線が生じてしまう場合がある。
When off-contact printing is performed using the
一方、本実施の形態にかかるメタルマスク10は、溝30、第1開口32および第2開口32が形成された印刷領域Pよりも端部側となるダミー領域Qにダミー開口33が形成されている。ダミー開口33が形成されることで、ダミー領域Qにも板状部11の変形が分散される。そのため比較例で示したメタルマスク100の破断部分でのスクリーン印刷時の変形が緩和され、オフコンタクト印刷でのメタルマスク10の破損が発生しにくくなる。
On the other hand, in the
また、比較例で示すメタルマスク100では、第2開口32のうち、第1の方向に沿った最も端部寄りに形成された第2開口32(図2に示す最端開口32a)よりもさらに端部寄りには、第1開口31が形成されていない。そのため、最端開口32a以外の第2開口32に比べて、溝30との接続部位で周囲に形成された第1開口31の数が少なくなってしまう。
Further, in the
周囲に形成された第1開口31の数が少なくなることで、最端開口32aのうち溝30との接続部位では、十分にペースト材料が供給されず、グリッド電極23aとバス電極23bとの接続状態が不安定になり、断線してしまう場合があった。
By reducing the number of
一方、本実施の形態では、図2に示すように、最端開口32aよりもさらに端部寄りにも溝30と最端開口31aが形成されている。そのため、他の第2開口32の周囲と略同数の第1開口31が、最端開口32aの周囲に形成される。
On the other hand, in the present embodiment, as shown in FIG. 2, the
そして、最端開口32aのうち溝30との接続部位に対して、最端開口31aからもペースト材料が供給されるため、ペースト材料の供給が不足しにくく、グリッド電極23aとバス電極23bとの接続状態が安定しやすい。これにより、グリッド電極23aとバス電極23bとが断線するのを抑制することができる。
And since paste material is supplied also from the
また、メタルマスク10の第2開口32にはスクリーンマスクに見られるような障害物(紗)の存在がないため、膜厚の揃った(うねりの少ない)グリッド電極23aを印刷することができる。参考のために形成したパターンの形状を示すと、グリッド電極23a形成用の開口幅が60μmでマスクの厚さが70μmのスクリーンマスクを用いた場合、印刷されたグリッド電極23aの厚さは20μmから120μmとなった。一方、第2開口32の開口幅が60μm、マスクの厚さが70μmのメタルマスク10を用いた場合、印刷されたグリッド電極23aの厚さは28μmから38μmとなり、膜厚変動がスクリーンマスクを用いた場合に比べて1/10となる膜厚うねりの少ないグリッド電極23aを印刷形成できた。なお、グリッド電極23aの幅は、何れも平均幅が80μm程度に仕上がった。
In addition, since the
また、グリッド電極23aの細線化を図るために第2開口32の開口幅を小さくする場合がある。ここで、スクリーンマスクにおいてグリッド電極23a用の開口幅を50μmより小さくすると、紗の存在によって被印刷体(半導体基板21)へのペースト材料の転写性が低下し、グリッド電極23aに断線が発生しやすくなる。一方、メタルマスク10では、第2開口32の幅を40μmとした場合であっても、紗の存在がないため、ペースト材料の転写性が低下しにくく、グリッド電極23aに断線が発生しにくい。
In addition, the opening width of the
図11は、電極の膜厚と線幅との関係を示す図であって、スクリーンマスクを用いて形成した場合とメタルマスク10を用いて形成した場合とを比較する図である。図11では、一般に使われるスクリーンマスクで形成されたグリッド電極23aの線幅と膜厚のデータ、およびメタルマスク10を用いて形成したグリッド電極23aの線幅と膜厚のデータがプロットされている。また、図11の示す直線35は、膜厚を線幅で除した値であるアスペクト比が0.5の場合を示している。この直線35より上方にあるデータはアスペクト比が0.5より大きいことを示している。ここでマスクの厚さは何れも70μmとし、ペースト状材料(Agペースト)は同一のものを用いて試験を行っている。
FIG. 11 is a diagram showing the relationship between the film thickness of the electrode and the line width, and is a diagram comparing the case of using the screen mask and the case of using the
ここで、1回の印刷で形成される電極のアスペクト比が0.5より大きくなる電極を本実施の形態では高アスペクト配線と定義する。図11に示すように、一般的なスクリーンマスクを用いて形成された電極はアスペクト比が0.4より小さいのに対して、メタルマスク10を用いて形成された電極はアスペクト比が0.5より大きく、高アスペクト配線として形成できている。
Here, an electrode in which an aspect ratio of an electrode formed by one printing is larger than 0.5 is defined as a high aspect wiring in this embodiment. As shown in FIG. 11, an electrode formed using a general screen mask has an aspect ratio smaller than 0.4, whereas an electrode formed using the
また、本実施の形態にかかるメタルマスク10は、オフコンタクト印刷方式で印刷できるため、印刷時に版離れ動作が伴うことで、コンタクト印刷方式で課題となる版離れ機構にかかる処理時間の制約が無く印刷処理の高速化を図ることができる。今回用いた印刷機では、従来メタルマスク適用時のコンタクト印刷時に必要な版離れ動作に係わる処理時間が、オフコンタクト方式の印刷の結果、印刷時に作用することでゼロに短縮できた。
Further, since the
上述したように溝30、第1開口31、第2開口32、ダミー開口33が形成されたメタルマスク10は、特にテクスチャーと呼ばれる凹凸構造を有する基板上に電極パターンを形成する太陽電池50のグリッド電極23aの形成に好適である。メタルマスク10を用いることにより、グリッド電極23aの幅の拡がりを少なくして細幅で厚膜に形成できるので、太陽光からの入射光を遮る表面電極23の面積をなるべく小さくすることができる。これにより、太陽電池50における発電効率の低下を抑えることができる。なお、本実施の形態では、メタルマスクを用いたパターン形成の適用例として、太陽電池50への表面電極23の形成を例に挙げて説明したがこれに限定されない。すなわち、表面に凹凸を有する基板上にパターンを形成する場合に広く適用することができる。
As described above, the
実施の形態2.
図12は、本発明の実施の形態2にかかるメタルマスクの平面図である。なお、上記実施の形態と同様の構成については同様の符号を付して、詳細な説明を省略する。本実施の形態2にかかるメタルマスク60では、溝30の延長線を挟んで形成されたダミー開口63同士が、互いに第1の方向にずれて形成されている。ダミー開口63が複数の貫通孔63a〜63cを並べて形成され、貫通孔63a〜63cの間には架橋パターン64が設けられている点については、上記実施の形態1と同様であり、貫通孔63a〜63c同士の間隔等についても同様であり、図12に示すD−D線に沿った矢視断面図は図5と同様になる。
FIG. 12 is a plan view of a metal mask according to the second embodiment of the present invention. In addition, about the structure similar to the said embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and detailed description is abbreviate | omitted. In the
ダミーグリッド電極パターンの配置は特に問わないが、本実施例では、バス電極に相当する部分には、グリッド電極に相当するパターンはバス電極に相当する部分を隔てて交わらないように配置した。最外端のグリッド電極とバス電極の接続部が、オフコンタクト印刷時に最も強度的には弱い箇所になる。最外端のグリッド電極のみバス電極との接続箇所を無くすことで強度的に弱い箇所を無くした。 Although the arrangement of the dummy grid electrode pattern is not particularly limited, in the present embodiment, the pattern corresponding to the bus electrode is arranged so that the pattern corresponding to the grid electrode does not intersect with the part corresponding to the bus electrode. The connection part between the grid electrode and the bus electrode at the outermost end is the weakest part at the time of off-contact printing. Only the outermost grid electrode has lost the connection with the bus electrode, thereby eliminating the weak points.
このようにダミー開口63を形成した場合にも、上記実施の形態1と同様に、比較例で示したメタルマスク100(図9、図10も参照)の破断部分でのスクリーン印刷時の変形が緩和され、メタルマスク60の破損が発生しにくくなる。
Even when the
また、メタルマスク60の第2開口32にはスクリーンマスクに見られるような障害物(紗)の存在がないため、膜厚の揃った(うねりの少ない)グリッド電極23aを印刷することができる。
In addition, since the
また、本実施の形態2にかかるメタルマスク60は、オフコンタクト印刷方式で印刷できるため、印刷時に版離れ動作が伴うことで、コンタクト印刷方式で課題となる版離れ機構にかかる処理時間の制約が無く印刷処理の高速化を図ることができる。
In addition, since the
実施の形態3.
図13は、本発明の実施の形態3にかかるメタルマスクの平面図である。図14は、図13に示すE−E線に沿った矢視断面図である。なお、上記実施の形態と同様の構成については同様の符号を付して、詳細な説明を省略する。本実施の形態3にかかるメタルマスク70では、図14に示すようにダミー開口73が、底面を有する溝として形成されている。そのため、スクリーン印刷時にダミー開口73をペースト材料が通過せず、表面電極23の形成時にダミーフィルム52を用いずに済む。そのため、工数を削減して印刷処理のより一層の高速化を図ることができる。
Embodiment 3 FIG.
FIG. 13 is a plan view of a metal mask according to the third embodiment of the present invention. 14 is a cross-sectional view taken along line EE shown in FIG. In addition, about the structure similar to the said embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and detailed description is abbreviate | omitted. In the
また、このようにダミー開口73を形成した場合にも、上記実施の形態1と同様に、比較例で示したメタルマスク100(図9、図10も参照)の破断部分でのスクリーン印刷時の変形が緩和され、メタルマスク70の破損が発生しにくくなる。
Further, even when the
また、メタルマスク70の第2開口32にはスクリーンマスクに見られるような障害物(紗)の存在がないため、膜厚の揃った(うねりの少ない)グリッド電極23aを印刷することができる。
In addition, since the
また、本実施の形態3にかかるメタルマスク70は、オフコンタクト印刷方式で印刷できるため、印刷時に版離れ動作が伴うことで、コンタクト印刷方式で課題となる版離れ機構にかかる処理時間の制約が無く印刷処理の高速化を図ることができる。
In addition, since the
実施の形態4.
図15は、本発明の実施の形態4にかかるメタルマスクの平面図である。なお、上記実施の形態と同様の構成については同様の符号を付して、詳細な説明を省略する。本実施の形態4にかかるメタルマスク80では、上記実施の形態3と同様にダミー開口83が溝として形成され、上記実施の形態2と同様に溝30の延長線を挟んで形成されたダミー開口83同士が、互いに第1の方向にずれて形成されている。
FIG. 15 is a plan view of a metal mask according to the fourth embodiment of the present invention. In addition, about the structure similar to the said embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and detailed description is abbreviate | omitted. In the
ダミー開口83が溝として形成されているため、スクリーン印刷時にダミー開口83をペースト材料が通過せず、表面電極23の形成時にダミーフィルム52を用いずに済む。そのため、工数を削減して印刷処理のより一層の高速化を図ることができる。
Since the
また、このようにダミー開口83を形成した場合にも、上記実施の形態1と同様に、比較例で示したメタルマスク100(図9、図10も参照)の破断部分でのスクリーン印刷時の変形が緩和され、メタルマスク80の破損が発生しにくくなる。
Further, even when the
また、メタルマスク80の第2開口32にはスクリーンマスクに見られるような障害物(紗)の存在がないため、膜厚の揃った(うねりの少ない)グリッド電極23aを印刷することができる。
In addition, since the
また、本実施の形態3にかかるメタルマスク80は、オフコンタクト印刷方式で印刷できるため、印刷時に版離れ動作が伴うことで、コンタクト印刷方式で課題となる版離れ機構にかかる処理時間の制約が無く印刷処理の高速化を図ることができる。
In addition, since the
以上のように、本発明にかかるメタルマスクは、太陽電池に対して配線を印刷するのに有用であり、特に、オフコンタクト印刷方式によって配線を印刷するのに適している。 As described above, the metal mask according to the present invention is useful for printing wiring on a solar cell, and is particularly suitable for printing wiring by an off-contact printing method.
1 スキージゴム
4 版枠
10,60,70,80 メタルマスク
11 板状部
11a 表面(第1面)
11b 裏面(第2面)
21 半導体基板
21a N層
22 反射防止膜
23 表面電極
23a グリッド電極
23b バス電極
24 裏面電極
25 受光面
30 溝
31 第1開口
31a 最端開口
32 第2開口
32a 最端開口
33 ダミー開口(第3開口)
33a〜33c 貫通孔
34 架橋パターン
50 太陽電池
51 ペースト材料
52 ダミーフィルム
63 ダミー開口(第3開口)
63a〜63c 貫通孔
73,83 ダミー開口(第3開口)
100 メタルマスク
P 印刷領域
Q ダミー領域
DESCRIPTION OF
11b Back side (second side)
DESCRIPTION OF
33a-33c Through-
63a-63c Through-
100 Metal mask P Print area Q Dummy area
Claims (9)
板状の形状を呈する板状部と、
第1の方向に沿って延びるように前記板状部の第1面側に形成されるとともに、前記板状部の前記第1の方向に沿った端部に至らないように形成された溝と、
前記溝の底面に形成されて前記第1面の裏面側である第2面側に貫通する複数の第1開口と、
前記溝につながるように形成されて、前記第1の方向と略垂直な第2の方向に沿って延びるとともに前記板状部を貫通する第2開口と、
前記板状部の第1面側のうち、前記溝および前記第2開口が形成された領域よりも前記第1の方向に沿って端部側となる領域に形成された第3開口と、を備え、
前記第3開口は、前記第2の方向に沿って延びるように形成され、
前記溝の溝幅よりも前記第1の方向に沿った前記第2開口の幅のほうが小さいことを特徴とするメタルマスク。 A metal mask used for screen printing,
A plate-like portion having a plate-like shape;
A groove formed on the first surface side of the plate-like portion so as to extend along the first direction, and formed so as not to reach an end portion along the first direction of the plate-like portion; ,
A plurality of first openings formed on the bottom surface of the groove and penetrating to the second surface side which is the back surface side of the first surface;
A second opening formed so as to be connected to the groove and extending along a second direction substantially perpendicular to the first direction and penetrating the plate-like portion;
A third opening formed in a region on the first surface side of the plate-like portion that is closer to the end portion along the first direction than the region in which the groove and the second opening are formed; Prepared,
The third opening is formed to extend along the second direction,
A metal mask characterized in that the width of the second opening along the first direction is smaller than the width of the groove.
前記溝の延長線を挟んだ前記第3開口同士は、互いに前記第1の方向に沿ってずれた位置に形成されることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1つに記載のメタルマスク。 The third opening is formed on both sides of the extension line of the groove,
The metal according to any one of claims 1 to 5, wherein the third openings sandwiching the extension line of the groove are formed at positions shifted from each other along the first direction. mask.
請求項1〜7のいずれか1つに記載のメタルマスクを、その第1面が所定の間隔を設けて前記受光面に対向するように配置するステップと、
スキージで前記第2面側を押圧することで前記第1〜第3開口を通してペースト状の電極材料を前記受光面に供給するステップと、を含み、
前記溝および前記第1開口を通過した電極材料によって前記バス電極が形成され、
前記第2開口を通過した電極材料によって前記グリッド電極が形成されることを特徴とする太陽電池の製造方法。 A method of manufacturing a solar cell in which a grid electrode and a bus electrode are formed on the light receiving surface side,
Disposing the metal mask according to any one of claims 1 to 7 so that the first surface thereof faces the light receiving surface with a predetermined interval;
Supplying the paste-like electrode material to the light receiving surface through the first to third openings by pressing the second surface side with a squeegee, and
The bus electrode is formed by the electrode material that has passed through the groove and the first opening,
The method for manufacturing a solar cell, wherein the grid electrode is formed of an electrode material that has passed through the second opening.
前記受光面に電極材料を供給するステップの後に、前記ダミーフィルムを除去するステップと、をさらに含むことを特徴とする請求項8に記載の太陽電池の製造方法。 After the step of disposing the metal mask, disposing a dummy film between a third opening of the metal mask and the solar cell;
The method for manufacturing a solar cell according to claim 8, further comprising a step of removing the dummy film after the step of supplying an electrode material to the light receiving surface.
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